EP0679840A2 - Device for burning impurities - Google Patents

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EP0679840A2 EP95104625A EP95104625A EP0679840A2 EP 0679840 A2 EP0679840 A2 EP 0679840A2 EP 95104625 A EP95104625 A EP 95104625A EP 95104625 A EP95104625 A EP 95104625A EP 0679840 A2 EP0679840 A2 EP 0679840A2
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    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G7/00—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals
    • F23G7/06—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases
    • F23G7/061—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases with supplementary heating
    • F23G7/065—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases with supplementary heating using gaseous or liquid fuel
    • F23G7/066—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases with supplementary heating using gaseous or liquid fuel preheating the waste gas by the heat of the combustion, e.g. recuperation type incinerator

Definitions

  • the invention relates to a device for burning contaminants contained in a media stream.
  • the device consists of a cylindrical container with an inlet connection and an outlet connection for the media flow. This can be fed to the outlet port by annularly arranged in the container, axially aligned heat exchanger via an annular chamber equipped with a burner device and via a high-speed pipe coaxially mounted in the container after the heat exchanger flows around it.
  • the invention has for its object to provide a device of the type described above so that the device can be easily disassembled into assemblies whose individual parts are easily accessible and can be quickly replaced if necessary by new items.
  • the container sections are preferably detachably connected to one another tightly via radially outwardly projecting flanges, labyrinth seals being provided in regions of the end faces of the container sections penetrated by the high-speed tube.
  • an embodiment of the invention also provides that all container sections are provided with an insulation layer on their respective inner shells.
  • the device comprises a cylindrical container which is composed of three coaxially successive container sections 1, 2 and 3.
  • the container section 1 is provided with an inlet nozzle 5 projecting radially over a container jacket 4 for the media stream loaded with pollutants and with an outlet nozzle 7 projecting axially beyond a container end face 6 for the media stream freed from pollutants.
  • the media stream to be treated thermally passes via the inlet connection 5 into a distribution chamber 8 of the container section 1 which is coaxially penetrated by the outlet connection 7 and is consequently annular.
  • An annular disk 9 delimits the distribution chamber 8 from a flow chamber 10 of the container section 1.
  • inflow ends of tube bundles designed as heat exchangers 11 are connected in a circular distribution. These extend at parallel intervals axially over the length of the flow chamber 10 and are with their outflow ends also connected to bores, not shown, in an annular disk 12.
  • the annular disk 12 delimits the container section 1 from the container section 2.

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Abstract

The flow medium passes through a cylindrical container comprising at least three coaxially succeeding sections (1,2,3). The first container section (1) contains a heat exchanger extending over its length and the second container section (2) is fitted with a burner unit made up of individual burners (16). The third container section comprises a coaxially mounted high speed tube (21) passing with an end section through the burner unit and extending up to the first container section.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verbrennen von in einem Medienstrom enthaltenen Störstoffen. Die Vorrichtung besteht aus einem zylindrischen Behälter mit einem Eintrittsstutzen und einem Austrittsstutzen für den Medienstrom. Dieser ist durch ringförmig im Behälter angeordnete, axial ausgerichtete Wärmetauscher über eine mit einer Brennereinrichtung ausgestattete Ringkammer und über ein koaxial im Behälter gelagertes Hochgeschwindigkeitsrohr nach Umströmung der Wärmetauscher dem Austrittsstutzen zuführbar.The invention relates to a device for burning contaminants contained in a media stream. The device consists of a cylindrical container with an inlet connection and an outlet connection for the media flow. This can be fed to the outlet port by annularly arranged in the container, axially aligned heat exchanger via an annular chamber equipped with a burner device and via a high-speed pipe coaxially mounted in the container after the heat exchanger flows around it.

Bei einer derartigen aus der EP 0 447 631 B1 bekannten Vorrichtung erfolgt die Verbrennung der Störstoffe, indem der damit beladene Medienstrom durch den Wirkungsbereich eines zentral angeordneten Brenners über ein Hochgeschwindigkeitsrohr dem eigentlichen Brennraum zugeführt wird, um den als Wärmetauscher dienende Rohrbündel ringförmig angeordnet sind. Durch diese Anordnung ermöglicht die bekannte Vorrichtung eine relativ kompakte Bauweise.In such a device known from EP 0 447 631 B1, the contaminants are burned by the media stream loaded with it being fed through the effective range of a centrally arranged burner to the actual combustion chamber via a high-speed pipe, around which the tube bundle serving as heat exchanger is arranged in a ring. With this arrangement, the known device enables a relatively compact construction.

Schäden an den als hoch beanspruchte Verschleißteile anzusehenden Wärmetauschern, die schwierig zu warten sind, verursachen kostenaufwendige Reparaturarbeiten. Häufig lassen sich diese Arbeiten mit vertretbarem Aufwand nicht durchführen, so daß die gesamte Vorrichtung gegen eine neue Vorrichtung ausgetauscht werden muß.Damage to the heat exchangers, which are considered to be highly stressed wear parts and are difficult to maintain, cause costly repair work. Frequently, this work cannot be carried out with reasonable effort, so that the entire device must be replaced with a new device.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art so auszubilden, daß sich die Vorrichtung einfach in solche Baugruppen zerlegen läßt, deren Einzelteile dadurch leicht zugänglich und im Bedarfsfall durch neue Einzelteile schnell ersetzbar sind.The invention has for its object to provide a device of the type described above so that the device can be easily disassembled into assemblies whose individual parts are easily accessible and can be quickly replaced if necessary by new items.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird von einer Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art ausgegangen, welche erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale aufweist.To achieve this object, a device of the type mentioned in the preamble of claim 1 is assumed, which according to the invention has the features specified in the characterizing part of claim 1.

Durch die erfindungsgemäße Unterteilung des Behälters in drei koaxial aufeinander folgenden Behälterabschnitten lassen sich die Wärmetauscher in einem ersten Behälterabschnitt unterbringen, der im zerlegten Zustand des Behälters über eine Stirnseite frei zugänglich ist und einen Ersatz beschädigter Wärmetauscher in einfacher Weise ermöglicht. Ebenso einfach sind Wartungsarbeiten an der im zweiten Behälterabschnitt untergebrachten Brennereinrichtung, zumal diese im zerlegten Zustand des Behälters sogar von beiden Stirnseiten des Behälterabschnittes aus frei zugänglich ist. Obschon der dritte Behälterabschnitt im wesentlichen nur das Hochgeschwindigkeitsrohr enthält, ist auch dieses im zerlegten Zustand des Behälters über eine dazu frei zugängliche Stirnseite dieses Behälterabschnittes völlig unbehindert de- und remontierbar.By dividing the container according to the invention into three coaxially successive container sections, the heat exchangers can be accommodated in a first container section which is freely accessible via an end face in the disassembled state of the container and which enables replacement of damaged heat exchangers in a simple manner. Maintenance work on the burner device accommodated in the second container section is just as simple, especially since it is even freely accessible from both end faces of the container section when the container is disassembled. Although the third container section essentially only contains the high-speed tube, this can also be disassembled and dismantled completely unhindered in the disassembled state of the container via a freely accessible end face of this container section.

Vorzugsweise sind die Behälterabschnitte dicht über radial nach außen vorstehende Flansche lösbar miteinander verbunden, wobei in vom Hochgeschwindigkeitsrohr durchdrungene Bereiche der Stirnseiten der Behälterschnitte Labyrinthdichtungen vorgesehen sind.The container sections are preferably detachably connected to one another tightly via radially outwardly projecting flanges, labyrinth seals being provided in regions of the end faces of the container sections penetrated by the high-speed tube.

Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht die Brennereinrichtung aus kreisförmig verteilt angeordneten Einzelbrennern, denen jeweils ein dem zweiten Behälterabschnitt mit dem dritten Behälterabschnitt verbindender, mit Drallschaufeln ausgestatteter Stutzen zugeordnet ist.According to a particularly advantageous embodiment of the invention, the burner device consists of individual burners arranged in a circular distribution, each of which is associated with a connecting piece, which connects the second container section to the third container section and is equipped with swirl vanes.

Durch diese Ausgestaltung der Brennereinrichtung läßt sich der mit Schadstoffen beladene Medienstrom mit hohen Turbulenzen durch den unmittelbaren Wirkungsbereich der einzelnen Brenner leiten und dadurch bei kurzen Verweilzeiten eine intensive Oxidation der Störstoffe erzielen. Gegenüber bekannten Vorrichtungen dieser Art ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung dazu eine hochturbulente Mischstrecke nicht erforderlich. Vielmehr dient das zentral angeordnete Hochgeschwindigkeitsrohr bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung lediglich zur Rückführung des von Schadstoffen befreiten Mediums aus der Brennkammer zum vorgeschalteten Wärmetauscher.This configuration of the burner device allows the media stream laden with pollutants to be guided with high turbulence through the immediate area of action of the individual burners and thereby achieve intensive oxidation of the contaminants with short dwell times. Compared to known devices of this type, a highly turbulent mixing section is not required for this in the device according to the invention. Rather, the centrally arranged high-speed pipe in the device according to the invention only serves to return the medium freed from pollutants from the combustion chamber to the upstream heat exchanger.

In der Ebene der Umlenkung bzw. des Eintritts des Medienstromes in das Hochgeschwindigkeitsrohr entsteht eine sogenannte Strömungssenke, die eine verlustfreie Ausgestaltung der Einströmung zuläßt. Demgegenüber sehen konventionelle Vorrichtungen eine Strömung aus dem Hochgeschwindigkeitsrohr in die Brenner-einrichtung vor, wodurch eine sogenannte Strömungsquelle entsteht, die auch bei strömungsgerechter Ausbildung der Medienstromumlenkung Verluste zwischen 500 und 600 Pa verursacht.In the plane of the deflection or the entry of the media flow into the high-speed pipe, a so-called flow sink is created, which allows a loss-free configuration of the inflow. In contrast, conventional devices provide a flow from the high-speed pipe into the burner device, which creates a so-called flow source, which causes losses of between 500 and 600 Pa even when the media flow deflection is designed in accordance with the flow.

Vorzugsweise ist zwischen dem Einströmquerschnitt des Hochgeschwindigkeitsrohres und der diesem gegenüberliegenden Stirninnenseite des dritten Behälterabschnittes ein Abstand vorgesehen, der mindestens dem 0,5fachen Durchmesser des Hochgeschwindigkeitsrohres entspricht.A distance is preferably provided between the inflow cross section of the high-speed tube and the end face of the third container section opposite this, which distance corresponds to at least 0.5 times the diameter of the high-speed tube.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können die Wärmetauscher als Rohr- oder auch als Platten-Wärmetauscher ausgebildet sein, da die dreiteilige Behälterausführung beliebig gestaltete Wärmetauscher zuläßt.According to a further embodiment of the invention, the heat exchangers can be designed as tube or plate heat exchangers, since the three-part container design allows heat exchangers of any design.

Damit sich Wärmedehnungen des Hochgeschwindigkeitsrohres frei von anderweitigen Materialbeanspruchungen auswirken können, sieht eine weitere Ausgestaltung der Erfindung vor, daß das Hochgeschwindigkeitsrohr mit seinem einströmseitigen Ende von einer Konsole gleitend getragen ist.In order that thermal expansions of the high-speed pipe can be free from other material stresses, a further embodiment of the invention provides that the high-speed pipe with its upstream end is slidably supported by a bracket.

Schließlich sieht eine Ausgestaltung der Erfindung noch vor, daß sämtliche Behälterabschnitte auf ihrer jeweiligen Mantelinnenseite mit einer lsolationsschicht versehen sind.Finally, an embodiment of the invention also provides that all container sections are provided with an insulation layer on their respective inner shells.

Die Isolationsschicht auf der Mantelinnenseite der Behälterabschnitte ist nicht nur einfach und damit kostengünstig anzubringen, sondern schafft eine wesentliche Voraussetzung für hohe Oberflächentemperaturen im Innenbereich des Behälters, wodurch die Neigung zur CO₂-Bildung an Stahlteilen entsprechend reduziert wird. Dieser Vorteil gilt insbesondere auch für das Hochgeschwindigkeitsrohr, das einen relativ kleinen Durchmesser und damit eine entsprechend geringe Oberfläche aufweisen kann und kaum einen Temperaturabfall bei der Rückführung des Medienstromes verursacht.The insulation layer on the inside of the container sections is not only easy and therefore inexpensive to install, but also creates an essential prerequisite for high surface temperatures in the interior of the container, whereby the tendency to form CO₂ on steel parts is reduced accordingly. This advantage also applies in particular to the high-speed pipe, which has a relatively small diameter and therefore a corresponding one can have a small surface area and hardly causes a drop in temperature when the media stream is returned.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Längsschnitt schematisch dargestellt und nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1
einen Längsschnitt durch die Vorrichtung
und
Fig. 2
einen Querschnitt durch einen Einzelbrenner der Brennereinrichtung in gegenüber Fig. 1 größerem Maßstab.
In the drawing, an embodiment of a device according to the invention is shown schematically in a longitudinal section and described in more detail below. It shows:
Fig. 1
a longitudinal section through the device
and
Fig. 2
a cross section through a single burner of the burner device on a larger scale compared to FIG. 1.

Die Vorrichtung umfaßt einen zylindrischen Behälter, der aus drei koaxial aufeinanderfolgenden Behälterabschnitten 1, 2 und 3 zusammengesetzt ist.The device comprises a cylindrical container which is composed of three coaxially successive container sections 1, 2 and 3.

Der Behälterabschnitt 1 ist mit einem über einen Behältermantel 4 radial vorstehenden Eintrittsstutzen 5 für den mit Schadstoffen beladenen Medienstrom und mit einem axial über eine Behälterstirnseite 6 vorstehenden Austrittsstutzen 7 für den von Schadstoffen befreiten Medienstrom versehen.The container section 1 is provided with an inlet nozzle 5 projecting radially over a container jacket 4 for the media stream loaded with pollutants and with an outlet nozzle 7 projecting axially beyond a container end face 6 for the media stream freed from pollutants.

Der thermisch zu behandelnde Medienstrom gelangt über den Eintrittsstutzen 5 in eine vom Austrittsstutzen 7 koaxial durchdrungene und folglich ringförmige Verteilungskammer 8 des Behälterabschnittes 1. Eine Ringscheibe 9 grenzt die Verteilungskammer 8 von einer Durchströmungskammer 10 des Behälterabschnittes 1 ab. An nicht dargestellte Bohrungen in der Ringscheibe 9 sind einströmseitige Enden von als Wärmetauscher 11 ausgebildeten Rohrbündeln in kreisförmiger Verteilung angeschlossen. Diese erstrecken sich in Parallelabständen axial über die Länge der Durchströmungskammer 10 und sind mit ihren ausströmseitigen Enden gleichfalls an nicht dargestellte Bohrungen in einer Ringscheibe 12 angeschlossen. Die Ringscheibe 12 grenzt den Behälterabschnitt 1 vom Behälterabschnitt 2 ab.The media stream to be treated thermally passes via the inlet connection 5 into a distribution chamber 8 of the container section 1 which is coaxially penetrated by the outlet connection 7 and is consequently annular. An annular disk 9 delimits the distribution chamber 8 from a flow chamber 10 of the container section 1. At the bores (not shown) in the annular disk 9, inflow ends of tube bundles designed as heat exchangers 11 are connected in a circular distribution. These extend at parallel intervals axially over the length of the flow chamber 10 and are with their outflow ends also connected to bores, not shown, in an annular disk 12. The annular disk 12 delimits the container section 1 from the container section 2.

Im Behälterabschnitt 2 ist konzentrisch eine Ringleitung 13 angeordnet, die an eine radiale Zuführleitung 14 angeschlossen ist und über Verteilungsleitungen 15 Einzelbrenner 16 mit Brennstoff versorgt.In the container section 2, a ring line 13 is arranged concentrically, which is connected to a radial feed line 14 and supplies 15 individual burners 16 with fuel via distribution lines.

Wie Fig. 2 zeigt, sind den Einzelbrennern 16 mit Drallschaufeln 17 ausgestattete Stutzen 18 zugeordnet. Diese sitzen in einer Ringscheibe 19, welche den Behälter-abschnitt 2 vom Behälterabschnitt 3 abgrenzt. Aus einem Ringraum 20 gelangt der Medienstrom somit über die Stutzen 18 unter intensiver Verdrallung in den Behälterabschnitt 3.As FIG. 2 shows, the individual burners 16 are equipped with nozzles 18 equipped with swirl blades 17. These sit in an annular disc 19 which delimits the container section 2 from the container section 3. The media stream thus passes from an annular space 20 via the connecting piece 18 into the container section 3 with intensive swirl.

Im Behälteraschnitt 3 ist koaxial ein Hochgeschwindigkeitsrohr 21 mit einem einströmseitigen Ende 22 in der Nähe einer Behälterstirnseite 23 auf einer Konsole 24 gleitfähig gelagert. Das Hochgeschwindigkeitsrohr 21 durchdringt die Ringscheibe 19 und 12 und mündet mit einem ausströmseitigen Ende 25 in die Durchströmungskammer 10.In the container cut 3, a high-speed tube 21 with an inflow end 22 near a container end face 23 is coaxially mounted on a bracket 24 coaxially. The high-speed pipe 21 penetrates the annular disk 19 and 12 and opens into the flow-through chamber 10 with an outflow-side end 25.

Der thermisch behandelte Medienstrom umspült unter mehrfacher Umlenkung durch kreis- bzw. kreisringförmige Schikanen 26, 27 die Rohrbündel des Wärmetauschers 11 in der Durchströmungskammer 10 und gelangt schließlich zum Austrittsstutzen 7, um über ein nicht dargestelltes Rohrleitungssystem abgeführt zu werden.The thermally treated media stream flows around the tube bundle of the heat exchanger 11 in the flow-through chamber 10 with multiple deflection by circular or annular baffles 26, 27 and finally reaches the outlet connection 7 in order to be discharged via a piping system (not shown).

Die über radial nach außen vorstehende Flansche 28 dicht miteinander verbundenen Behälterabschnitte 1, 2 und 3 sind auf ihrer jeweiligen Mantel- und Stirninnenseite mit einer thermischen Isolationsschicht 29 versehen.The container sections 1, 2 and 3 which are tightly connected to one another by means of flanges 28 projecting radially outwards are provided with a thermal insulation layer 29 on their respective jacket and inside faces.

Claims (7)

Vorrichtung zum Verbrennen von in einem Medienstrom enthaltenen Störstoffen, bestehend aus einem zylindrischen Behälter mit einem Eintrittsstutzen und einem Austrittsstutzen für den Medienstrom, der durch ringförmig im Behälter angeordnete, axial ausgerichtete Wärmetauscher über eine mit einer Brennereinrichtung ausgestattete Ringkammer und über ein koaxial im Behälter gelagertes Hochgeschwindigkeitsrohr nach Umströmung der Wärmetauscher dem Austrittsstutzen zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter aus mindestens drei koaxial aufeinander folgenden Behälterabschnitten (1, 2, 3) zusammengesetzt ist, von denen der erste Behälterabschnitt (1) die sich über dessen Länge erstreckenden Wärmetauscher (11) enthält, der zweite Behälterabschnitt (2) die ringförmig ausgebildete, aus Einzelbrennern (16) bestehende Brennereinrichtung und der dritte Abschnitt (3) das koaxiale Hochgeschwindigkeitsrohr (21) umfaßt, welches mit einem Endstück die Brennereinrichtung im zweiten Behälterabschnitt (2) durchdringt und sich bis zum ersten Behälterabschnitt (1) erstreckt.Apparatus for burning contaminants contained in a media stream, consisting of a cylindrical container with an inlet connection and an outlet connection for the media flow, which is arranged by means of annularly arranged heat exchangers in the container, via an annular chamber equipped with a burner device and via a high-speed pipe coaxially mounted in the container after the flow around the heat exchanger can be fed to the outlet connection, characterized in that the container is composed of at least three coaxially consecutive container sections (1, 2, 3), of which the first container section (1) comprises the heat exchanger (11) extending over its length. contains, the second container section (2) comprises the ring-shaped burner device consisting of individual burners (16) and the third section (3) comprises the coaxial high-speed pipe (21) which has the burner device with an end piece penetrates in the second container section (2) and extends to the first container section (1). Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Behälterabschnitte (1, 2, 3) dicht über radial nach außen vorstehende Flansche (28) lösbar miteinander verbunden sind und in vom Hochgeschwindigkeitsrohr (21) durchdrungene Bereiche der Stirnseiten der Behälterabschnitte (1, 2, 3) Labyrinthdichtungen vorgesehen sind.Apparatus according to claim 1, characterized in that the container sections (1, 2, 3) are detachably connected to one another tightly via radially outwardly projecting flanges (28) and in regions of the end faces of the container sections (1, 2, penetrated by the high-speed pipe (21). 3) Labyrinth seals are provided. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelbrenner (16) kreisförmig verteilt angeordnet sind und jeweils mit einem den zweiten Behälterabschnitt (2) mit dem dritten Behälterabschnitt (3) verbindenden, mit Drallschaufeln (17) ausgestatteten Stutzen (18) versehen sind.Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the individual burners (16) are arranged in a circular distribution and are each provided with a nozzle (18) which connects the second container section (2) to the third container section (3) and is provided with swirl vanes (17) are. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Einströmquerschnitt des Hochgeschwindigkeitsrohres (21) und der diesem gegenüberliegenden Stirninnenseite (23) des dritten Behälterabschnittes (3) ein Abstand vorgesehen ist, der mindestens dem 0,5fachen Durchmesser des Hochgeschwindigkeitsrohres (21) entspricht.Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that a distance is provided between the inflow cross section of the high-speed pipe (21) and the end face (23) of the third container section (3) opposite this, which is at least 0.5 times the diameter of the high-speed pipe ( 21) corresponds. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscher (11) als Rohr- oder Platten-Wärmetauscher ausgebildet sind.Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the heat exchangers (11) are designed as tube or plate heat exchangers. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Hochgeschwindigkeitsrohr (21) mit seinem einströmseitigen Ende (22) von einer Konsole (24) gleitend getragen ist.Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the high-speed tube (21) is slidably supported by a bracket (24) with its inflow end (22). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Behälterabschnitte (1, 2, 3) auf ihrer jeweiligen Mantel- und Stirninnenseite mit einer Isolationsschicht (29) versehen sind.Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that all of the container sections (1, 2, 3) are provided with an insulation layer (29) on their respective inside and front inside surfaces.
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